王新剛，余穎

（1.防災(zāi)科技學(xué)院，河北三河 065201；2.中國(guó)石油集團(tuán)海洋工程有限公司工程設(shè)計(jì)院，北京 100028）

我國(guó)現(xiàn)階段本科教育特別是工程類專業(yè)教育的特點(diǎn)是理論與實(shí)踐并重，理論方面的目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生對(duì)所學(xué)專業(yè)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力，而實(shí)踐方面的目標(biāo)則是學(xué)生能夠靈活應(yīng)用所學(xué)理論知識(shí)解決工程實(shí)際問(wèn)題。為此，各專業(yè)都制定了詳細(xì)的人才培養(yǎng)方案，力求保證專業(yè)理論知識(shí)體系的完整性，同時(shí)配以相應(yīng)實(shí)踐體系，作為支撐。各課程在具體講授過(guò)程中，也盡量引入CDIO（Conceive （構(gòu)思）—Design（設(shè)計(jì)）—Implement（實(shí)現(xiàn)）—Operate（運(yùn)作））[1-2]等先進(jìn)的教學(xué)理念和方法，以項(xiàng)目帶動(dòng)課程理論學(xué)習(xí)，有效地激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，提高了課程的教學(xué)質(zhì)量。

1 問(wèn)題提出及分析

各高校雖然大力推動(dòng)實(shí)際項(xiàng)目下的課程教學(xué)，同時(shí)不斷加大實(shí)踐教學(xué)環(huán)境和實(shí)踐設(shè)備的投入，但本科生對(duì)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力以及實(shí)踐能力仍然與人才培養(yǎng)目標(biāo)有著較大的差距。投入與產(chǎn)出存在差距，主要有以下兩個(gè)原因：

第一，單一課程雖然引入了實(shí)例化教學(xué)、CDIO教學(xué)等以實(shí)際項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的課程教學(xué)，但一個(gè)實(shí)際項(xiàng)目往往融合了多門課程的知識(shí)內(nèi)容，而單一課程受限于知識(shí)覆蓋面和課時(shí)，只能涉及實(shí)際項(xiàng)目的某一方面，而且不同課程一般是由不同教師講授，所采用的案例和項(xiàng)目各不相同，在無(wú)后續(xù)課程對(duì)同一項(xiàng)目進(jìn)行連續(xù)支撐的條件下，單一課程對(duì)提高學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)能力的作用有限。同時(shí)，旨在訓(xùn)練學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)綜合應(yīng)用能力的畢業(yè)設(shè)計(jì)，通常是在大四最后一學(xué)期進(jìn)行，在這一學(xué)期，由于考研、就業(yè)等諸多因素的干擾，很多學(xué)生往往無(wú)法集中精力做畢業(yè)設(shè)計(jì)，導(dǎo)致畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量不高，學(xué)生對(duì)所學(xué)專業(yè)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力沒(méi)有得到有效提升。

第二，隨著各高校加大了對(duì)實(shí)踐環(huán)節(jié)的資金投入力度，實(shí)踐設(shè)備趨于大型化、高端化，實(shí)際元器件及線路一般封裝在設(shè)備內(nèi)部，操作面板做得越來(lái)越精美且便于使用，學(xué)生無(wú)須接觸實(shí)際電路，只要根據(jù)實(shí)踐任務(wù)，在操作面板上進(jìn)行接線，就可以完成較為復(fù)雜的綜合型、設(shè)計(jì)型實(shí)踐任務(wù)。這就導(dǎo)致學(xué)生不熟悉本專業(yè)基本的元器件，高度依賴實(shí)驗(yàn)設(shè)備，脫離實(shí)驗(yàn)設(shè)備解決實(shí)際問(wèn)題的能力較弱。

2 課程創(chuàng)新思路

鑒于傳統(tǒng)單一課程在提高學(xué)生實(shí)踐能力及對(duì)知識(shí)綜合應(yīng)用能力方面作用有限，打破傳統(tǒng)思維，建立新型課程甚至是課程體系，是解決目前高校本科生能力不足問(wèn)題的重要思路。新型課程應(yīng)具備結(jié)果的實(shí)用性、過(guò)程的完整性和實(shí)戰(zhàn)性、內(nèi)容的綜合性的特點(diǎn)[3-5]。

2.1 實(shí)用性

課程依托的實(shí)際項(xiàng)目最終是學(xué)生所制作出的實(shí)物，這個(gè)實(shí)物如果是以實(shí)驗(yàn)為目的的產(chǎn)物，則往往在測(cè)試完實(shí)物的功能，教師評(píng)價(jià)打分后就不再使用。但如果制作的實(shí)物是以生產(chǎn)投入使用的產(chǎn)品為目標(biāo)，那么產(chǎn)品的制造者必須考慮到產(chǎn)品的功能、成本、外觀等諸多因素，培養(yǎng)學(xué)生精益求精的治學(xué)態(tài)度。

然而，實(shí)際項(xiàng)目的來(lái)源和內(nèi)容恰恰是制約本科學(xué)生能力素質(zhì)提高的關(guān)鍵因素，也是課程教學(xué)創(chuàng)新的關(guān)鍵。目前，關(guān)于項(xiàng)目來(lái)源普遍的思路是校企聯(lián)合、產(chǎn)學(xué)融合。學(xué)校以實(shí)習(xí)的方式，通過(guò)將企業(yè)技術(shù)人員請(qǐng)進(jìn)來(lái)，或是將學(xué)生送到企業(yè)，參與企業(yè)生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)學(xué)融合[6-8]。然而，實(shí)習(xí)中企業(yè)出于產(chǎn)品成本和質(zhì)量的考量，學(xué)生實(shí)習(xí)僅限于參觀。因此，雖然通過(guò)校企聯(lián)合增長(zhǎng)了學(xué)生的見(jiàn)識(shí)，提高了他們學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)的興趣，但在實(shí)質(zhì)性提高學(xué)生綜合應(yīng)用專業(yè)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題能力方面的作用有限。而對(duì)專業(yè)基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)設(shè)備的需求所催生的實(shí)際項(xiàng)目，例如電類專業(yè)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱、電路實(shí)驗(yàn)箱等，這類設(shè)備以實(shí)驗(yàn)箱為主，特點(diǎn)是使用頻率高、故障率高，過(guò)了保修期則設(shè)備的淘汰率就會(huì)迅速提升，淘汰設(shè)備達(dá)到一定數(shù)量，就產(chǎn)生了設(shè)備需求。面對(duì)這方面的需求，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)箱相對(duì)較為便宜，單臺(tái)最便宜的為一兩千元，貴的為四五千元，因此高校一般是購(gòu)買新設(shè)備。但如果將這些需求轉(zhuǎn)化為實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目，在教師的帶領(lǐng)下，由學(xué)生自行生產(chǎn)，再調(diào)整課程開設(shè)順序，予以配合，便可以在校內(nèi)實(shí)現(xiàn)真正的產(chǎn)學(xué)融合，讓學(xué)生親身經(jīng)歷產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中的每一個(gè)環(huán)節(jié)，在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生不僅是產(chǎn)品的設(shè)計(jì)者、制作者，更是產(chǎn)品功能的測(cè)試者和使用者。而且自己生產(chǎn)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)相較于購(gòu)買的實(shí)驗(yàn)箱，具有體積小、便于攜帶、功能選擇靈活的特點(diǎn)，還具有可根據(jù)后續(xù)課程的實(shí)際需求靈活定制的特點(diǎn)，從根本上解決了由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備不能帶出實(shí)驗(yàn)室而造成的開放實(shí)驗(yàn)難放開的問(wèn)題（見(jiàn)圖1）。

圖1 自制小型實(shí)驗(yàn)設(shè)備

2.2 過(guò)程的完整性和實(shí)踐性

課程必須以完整的實(shí)際項(xiàng)目為依托，在完整的工程教育模式下，以真實(shí)的產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的完整生命周期為載體，讓學(xué)生以主動(dòng)的方式實(shí)踐操作工程項(xiàng)目，通過(guò)實(shí)踐項(xiàng)目加強(qiáng)課程之間的有機(jī)聯(lián)系，不但鞏固了理論知識(shí)，而且鍛煉了工程實(shí)踐能力，培養(yǎng)了工程思維和意識(shí)。

2.3 綜合性

一個(gè)實(shí)際項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)是以多種理論知識(shí)為基礎(chǔ)的，因此，課程教學(xué)所包含的知識(shí)點(diǎn)應(yīng)該針對(duì)學(xué)生前期所學(xué)過(guò)的某一課程群，使學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，在項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中，主動(dòng)綜合應(yīng)用課程群的知識(shí)去解決實(shí)際問(wèn)題，以提升對(duì)所學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力。

3 探索實(shí)例

按照上述思路，課題組在電子科學(xué)與控制工程學(xué)院的電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)進(jìn)行了課程創(chuàng)新的試點(diǎn)工作，依托學(xué)院構(gòu)建的四個(gè)實(shí)踐平臺(tái)之一的行業(yè)化綜合實(shí)踐平臺(tái)，根據(jù)先修和后續(xù)課程之間所形成的課程群，在該專業(yè)大二第二學(xué)期開設(shè)了電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)課程，通過(guò)該課程，在實(shí)際項(xiàng)目探索、教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)、課程開設(shè)方法、課程評(píng)價(jià)體系等方面進(jìn)行了有益的嘗試，并取得了不錯(cuò)的效果。

3.1 實(shí)際項(xiàng)目探索

選擇在大二第二學(xué)期開設(shè)電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)課程，是因?yàn)榍捌谡n程單片機(jī)原理及應(yīng)用，該課程是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，也是學(xué)院電氣、通信、測(cè)控三個(gè)專業(yè)的公共課程。實(shí)驗(yàn)設(shè)備采用單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱，同時(shí)滿足三個(gè)專業(yè)8個(gè)班，共計(jì)350人左右的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)需求。由于使用頻繁，又過(guò)了保修期，目前能使用的實(shí)驗(yàn)箱不足10臺(tái)，因此很多實(shí)驗(yàn)采用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，嚴(yán)重影響了課程實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量。同時(shí)，由于單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱不能被帶出實(shí)驗(yàn)室，課下學(xué)生只能通過(guò)仿真軟件彌補(bǔ)實(shí)踐課時(shí)的不足。因此，學(xué)生對(duì)單片機(jī)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的強(qiáng)烈需求催生出了實(shí)際的項(xiàng)目需求，而電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)課程的任務(wù)就是根據(jù)電氣專業(yè)單片機(jī)課程的實(shí)踐需求，在該課程實(shí)驗(yàn)課開始之前，設(shè)計(jì)和生產(chǎn)單片機(jī)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，也就是單片機(jī)開發(fā)板。開發(fā)板必須具備小體積、低成本、便于攜帶和維修等特點(diǎn)。

3.2 教學(xué)內(nèi)容的綜合性探索

單片機(jī)原理及應(yīng)用課程的前期課程為電路、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)和旨在訓(xùn)練學(xué)生焊接、元件識(shí)別和繪圖能力的電子技能訓(xùn)練一、二、三。單片機(jī)課程本身包括兩部分內(nèi)容：一是單片機(jī)原理，主要介紹單片機(jī)結(jié)構(gòu)、引腳功能、內(nèi)容硬件資源以及C51語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)；二是以外部器件為主體，包括各類模擬器件、數(shù)字器件的單片機(jī)控制技術(shù)，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目也主要出自這部分內(nèi)容。單片機(jī)控制技術(shù)能夠融合先修課程，達(dá)到綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)的目的，但由于課時(shí)所限（一般理論課32學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)課16學(xué)時(shí)），教師在單片機(jī)對(duì)外部器件控制部分教學(xué)的組織上，只能略講大多數(shù)內(nèi)容，降低了學(xué)生綜合能力提高的效果。而新開設(shè)的電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)課程，是根據(jù)單片機(jī)課程的實(shí)踐需求，進(jìn)行單片機(jī)開發(fā)板的設(shè)計(jì)與制作，課程不僅能夠有效提升學(xué)生的實(shí)踐能力，為后續(xù)單片機(jī)實(shí)驗(yàn)提供相關(guān)設(shè)備，而且設(shè)計(jì)過(guò)程需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的模擬電路功能模塊、數(shù)字電路功能模塊，制作過(guò)程需要用到直插式元件及貼片元件的焊接技能，因此，電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)課程的開設(shè)在前期課程群的綜合應(yīng)用和后續(xù)單片機(jī)控制技術(shù)之間起到了承上啟下的作用[9-12]。

3.3 課程開設(shè)方法的探索

（1） 在課程內(nèi)容方面，電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)課程的先修課程與單片機(jī)課程相同，包括電路、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)以及電子技能訓(xùn)練，基本元器件的識(shí)別訓(xùn)練、焊接技能訓(xùn)練、繪圖技能訓(xùn)練已經(jīng)在先修課程，特別是電子技能訓(xùn)練課程中完成，因此，電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)課程的主要內(nèi)容包括構(gòu)思系統(tǒng)框圖、原理圖設(shè)計(jì)、PCB圖設(shè)計(jì)以及硬件制作及測(cè)試，如圖2所示[13-14]。

圖2 課程內(nèi)容設(shè)計(jì)

（2）在課程課時(shí)及課程銜接方面，作為給單片機(jī)課程提供自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備的課程，電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)課程一定要在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)開始之前完成開發(fā)板的設(shè)計(jì)、制作以及測(cè)試，兩門課程銜接緊密，因此，在開設(shè)順序上，兩門課雖然在同一學(xué)期開設(shè)，但單片機(jī)課程開課時(shí)間必須延后，因此，課程組對(duì)單片機(jī)課程的開課時(shí)間進(jìn)行了調(diào)整。根據(jù)課程內(nèi)容的工作量及難度，確定了電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)課程的教學(xué)總學(xué)時(shí)為32學(xué)時(shí)，周教學(xué)學(xué)時(shí)為4學(xué)時(shí)，共8個(gè)教學(xué)周。單片機(jī)教學(xué)學(xué)時(shí)為理論課32學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)課16學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)課的開設(shè)時(shí)間是在理論課開始后的第5周進(jìn)行，因此，兩門課程的開課時(shí)間為：電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)從第1個(gè)教學(xué)周開始，而單片機(jī)課程從第5個(gè)教學(xué)周開始，這樣電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)在第8個(gè)教學(xué)周結(jié)束，單片機(jī)實(shí)驗(yàn)從第9個(gè)教學(xué)周開始，從而做到了兩門課程實(shí)踐內(nèi)容的無(wú)縫銜接。

（3）在評(píng)價(jià)體系方面，由于學(xué)生在整個(gè)過(guò)程中既是產(chǎn)品的設(shè)計(jì)者、制作者，同時(shí)還是產(chǎn)品的使用者，因此，對(duì)于學(xué)生的考評(píng)也應(yīng)該主要從這三方面考慮。作為設(shè)計(jì)者，要求原理圖功能完整、正確且整齊、美觀，有明確的功能劃分；PCB圖板型及尺寸規(guī)劃合理，元器件布局緊湊、合理、美觀。同時(shí)，在PCB圖設(shè)計(jì)過(guò)程中要兼顧生產(chǎn)者和使用者的需求，同一類型的元件要遵守方向一致性原則，以降低制作過(guò)程中的錯(cuò)誤率，并且對(duì)關(guān)鍵引腳要進(jìn)行文字標(biāo)注，以方便用戶使用。作為生產(chǎn)制作者，要求在焊接制作過(guò)程中保持板面的清潔，焊點(diǎn)要好，不能出現(xiàn)虛焊的現(xiàn)象。作為使用者，要求在單片機(jī)課程實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，以報(bào)告的形式提交對(duì)產(chǎn)品的評(píng)價(jià)。

4 總結(jié)與展望

課程組所開設(shè)的電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)課程區(qū)別于通常的電子制作類課程，課程以研制生產(chǎn)真正投入使用的電子產(chǎn)品為出發(fā)點(diǎn)，以產(chǎn)品從研發(fā)到制作、再到測(cè)試應(yīng)用中各環(huán)節(jié)先后順序?yàn)橹骶€，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)者、制作者和使用者三個(gè)不同維度訓(xùn)練學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力，切實(shí)提高學(xué)生的實(shí)踐能力，同時(shí)，為后續(xù)課程的教學(xué)改革提供了堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)。

然而，由于課程學(xué)時(shí)所限，學(xué)生也是首次以設(shè)計(jì)者的身份進(jìn)行實(shí)際產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，存在設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足的問(wèn)題，因此，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，特別是產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段框圖的制定、PCB圖的設(shè)計(jì)部分，學(xué)生主要是在指導(dǎo)教師的帶領(lǐng)下，以模仿教師的設(shè)計(jì)為主。整個(gè)過(guò)程中學(xué)生設(shè)計(jì)部分的獨(dú)立性、自主性方面能力提升不夠，缺少足夠的時(shí)間打磨，還需對(duì)后續(xù)課程包括專業(yè)實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)等進(jìn)行持續(xù)改革。